[发明专利]笼状纳米结构及其制备

说明书

发明领域

本发明涉及笼状纳米结构及其制备。

发明背景

半导体纳米颗粒具有一些依赖尺寸的特性，与大体积半导体相比，这些特性可以改进它们在所希望的应用中的行为。纳米颗粒具有显著增大的表面积并且更多的分子可以吸附到这些表面上。这加快了表面催化以及表面介导的反应的速度。这种增强的表面与体积之比对于许多应用(例如气体储存以及气体或溶液分离)也具有重要影响。

在光催化反应的情况下，这种半导体纳米颗粒吸收了光，从而引起了一种激发子(电子和空穴对)的形成。该空穴和/或电子可以传递到一个邻近的分子或材料上以诱导化学变化[1]。以此方式，来自光的能量可以被传递并且作为化学能存储。此外，此种光催化作用在自净作用的表面中有所应用。

在光电器件中，原理是类似的。光被颗粒吸收从而形成了激发子。随后需要一个电荷分离阶段，并且光诱导的电子和空穴在不同的方向上穿过该装置行进并且被传递到一个电路中以做功。除了具有用于将电子传输介导到分子的多个表面之外，这种颗粒的小尺寸减小了光激发的电子或空穴行进到达该表面所需要的空间距离。这通过减小在颗粒中竞争电子-空穴的再结合过程的损失而将效率最大化。

半导体纳米颗粒的最有意义的特征之一是带隙的依赖尺寸性。当颗粒变小时，半导体的带隙变宽。以此方式，可以根据应用的需要，对光学以及电学特性，例如光吸收度、荧光、以及传导位置或价带水平，进行调谐。此外，相对于真空，带隙的位置可以使用具有吸电子以及供电子基团的表面配体进行调谐[2]。

Xia等人[3-12]已经发展了多种用于生产具有空心的内部以及多孔的壁的纳米结构的电镀置换过程。所发展的过程涉及在电镀置换反应条件下用一种金属前体盐(例如金)来处理Ag纳米结构。两个种类之间的电化学势的差异驱动了该反应，从而导致了金原子外延沉积到该Ag纳米结构的表面上。在下一个阶段，使用一种去合金化试剂(即一种蚀刻剂)来选择性地从Au/Ag合金化的纳米结构中溶解Ag。在该蚀刻过程中，一种依赖于所使用的蚀刻剂的量值的孔隙度引入了多孔性。当所有的Ag均被移除时，这种纳米结构的中央部分消失了，从而产生了一种由Au原子组成的纳米框架[8]。

如已知的，在一种合金中对电化学上更活泼的元素的去合金化导致了一种纳米多孔海绵的形成，这种纳米多孔海绵几乎完全由更贵重的合金成分组成。这种趋势允许形成高表面积的纳米多孔的金纳米结构。因此应理解的是，Xia等人[8]的纳米框架在保持该Ag纳米结构的初始形貌的同时，该纳米框架中的Au棱缘的表面还展现了一种孔隙度。

参考文献

[1]Banin et.al.，Nano Letters(2008)2，637

[2]Banin et al.，Nano Letters(2008)2，678

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[8]Xia et al.，Nano Letters(2007)7，1764-1769

[9]美国专利号7,585,349

[10]美国专利申请号2008/0003130

[11]美国专利申请号2009/0297388

[12]美国专利申请号2009/0282948

[13]Alivisatos et al.，Nano Letters，(2008)8，2551

[14]Tang et al.，Journal of the American Chemical Society(2008)39，13152

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